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Elektromagnetische Felder und Netzwerke

Anwendungen in Mathcad und PSpice.
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Produktdetails

Titel: Elektromagnetische Felder und Netzwerke
Autor/en: Otfried Georg

ISBN: 3540655875
EAN: 9783540655879
Anwendungen in Mathcad und PSpice.
Auflage 1999.
Paperback.
Springer Berlin Heidelberg

3. März 1999 - kartoniert - 752 Seiten

Dieses Lehr- und Ubungsbuch steHt umfassend die Grundlagen der Elektrotechnik zur Feld- und Netzwerkanalyse unter besonderer Beriicksichtigung neuerer Techno-Soft wareentwicklungen dar. Dazu gehCirt der Einsatz des PCs mit Programmen, die sich mittlerweile zu Industriestandards entwickelt haben: PSPICE-Programmpaket zur Netzwerksimulation und Vorbereitung des Schaltungs layouts, MATHCAD als nurnerisch und symbolisch urnformendem Mathematikprogramm zur Analyse und Simulation elektromagnetischer Felder und Netzwerke. Ingenieurtechnische Probleme konnen i.aHg. bzgl. des Ablaufs von der Problem stellung bis zur Losung in vier Schritte unterteilt werden: 1. Physikalische Erfassung des Problems, d.h. man muB sich unter der Problemstel lung, den gegebenen, den als HilfsgroBen benotigten, und als Ausgabe zu erzeugen den GroBen etwas Anschauliches vorsteHen konnen. In diesem Buch sollen hierzu die wichtigen GroBen der Elektrizitat und des Magnetismus vorgestellt werden. 2. Mathematische Formulierung des nun physikalisch verstandenen Problems. Die ses muB in Form einer DGL, eines Oberflachenintegrals, usw., gebracht werden. 3. Mathematische Losung des Problems, d.h. der DGL, des Oberflachenintegrals usw. Hier war es im Pra-PC-Zeitalter notwendig, Lehrbeispiele auf einfachem Ni veau zu halten. Fiir etwas kompliziertere Probleme artete dies oft in eine umfangrei che Rechnerei aus und der zeitmaBige Anteil an der Gesamtlosung wurde hierauf verschwendet. So wie der Taschemechner seit mehr als 25 Jahren die elementarsten Rechenaufgaben abnimmt, tun dies seit Anfang der neunziger Jahre auch fur Privat personen erstehbare Programme, auf die hier zUriickgegriffen wird, urn die kaurn abanderbare Gesamtzeit zum Lemen fur die iibrigen drei Punkte zu optimieren. 4. Physikalische Interpretation des Ergebnisses und Weiterverwertung.
0 Einführung.- 0.1 Die Schnittstelle zwischen Mathematik und Physik.- 0.1.1 Größenarten und Größen.- 0.1.2 Einheiten.- 0.1.3 Zahlenwert-und Einheitenfaktoren.- 0.1.4 Rechenregeln für Formeln.- 0.1.5 Physikalische Grundgleichungen und Definitionsgleichungen.- 0.1.6 Proportionalitätsfaktoren und Materialkonstanten.- 0.1.7 Das SI-Maß-und Einheitensystem.- 0.2 Eine kurze Geschichte der Elektrizitätslehre.- 0.3 Grundaufbau der Materie und elektromagnetische Erscheinungen.- 0.4 Computerprogramme.- 0.4.1 MATHCAD.- 0.4.2 PSPICE-Programmpaket und Vergleich mit MATHCAD.- 1 Elektrostatik.- 1.1 Polarität, Elementarladung und Ladungserhaltung.- 1.2 Die COULOMBkraft Fc.- 1.3 Der Feldbegriff.- 1.3.1 Amplituden- und Richtungseigenschaften von Vektorfeldern.- 1.3.2 Koordinatensysteme und Differentialelemente.- 1.3.3 Feldkoordinaten und-komponenten.- 1.3.4 Feldlinien.- 1.3.5 Skalar-und Vektorfelder.- 1.4 Feldstärkeassoziierte Größenarten.- 1.4.1 Elektrische Feldstärke E.- 1.4.2 Elektrisches Potential ?e.- 1.4.2.1 Der Gradient des Potentials grad?e.- 1.4.2.2 Potential ?e und Arbeit W.- 1.4.3 Elektrische Spannung U.- 1.4.3.1 Das totale Differential des Potentials d?e.- 1.4.3.2 Spannung U und Arbeit W.- 1.4.3.3 Das Linienintegral.- 1.4.3.4 Auswertung des Linienintegrals für verschiedene Geometrien.- 1.4.4 KIRCHHOFFsche Maschenregel, Ringintegral.- 1.4.5 Potential diskreter Ladungsverteilungen.- 1.4.6 Konstruktion elektrischer Feldlinien-und Potentialbilder.- 1.5 CoULOMBscher Dipol.- 1.5.1 Mechanisches Drehmonent T.- 1.5.2 Elektrisches Dipolmoment p.- 1.5.3 Drehmoment und Arbeit.- 1.5.4 Potential und Feldstärke des Dipols im Fernfeld.- 1.6 Erregungsassoziierte Größenarten.- 1.6.1 Diskussion der Definition geeigneter Erregungsgrößenarten.- 1.6.2 Flußberechnung für verschiedene Geometrien.- 1.6.3 Das Oberflächenintegral.- 1.6.4 Das Hüllenintegral, KIRCHHOFFsche Flußknotenregel.- 1.7 Kontinuierliche Ladungsverteilungen.- 1.7.1 Linienladung ?.- 1.7.2 Flächenladung ?, Leiter im elektrischen Feld, Influenz.- 1.7.3 Raumladung p.- 1.7.4 GAUßscher Satz der Elektrostatik, Divergenz.- 1.8 Dielektrika im elektrischen Feld.- 1.8.1 Permittivität ?.- 1.8.2 Elektrische Polarisation P und Elektrisierung P/?0.- 1.8.3 Atomare Polarisation und Dipolmoment.- 1.8.4 Geschichtete Dielektrika und Polarisationsbedeckung ?p.- 1.8.5 Brechungsgesetze an Grenzflächen der Permittivität.- 1.8.6 Die elektrostatische Quelldichte der elektrischen Feldstärke.- 1.8.7 PoISSON/LAPLACEgleichung der Elektrostatik.- 1.8.8 Technische Eigenschaften von Dielektrika.- 1.9 Kapazität C.- 1.9.1 Zusammenschalten von Kondensatoren.- 1.9.1.1 Kapazität parallelgeschalteter Kondensatoren, Flußteilerregel.- 1.9.1.2 Kapazität reihengeschalteter Kondensatoren, Spannungsteilerregel.- 1.9.2 Kapazitätsberechnungen bei inhomogenem Feldverlauf.- 1.9.2.1 Zylinderkondensator.- 1.9.2.2 Kugelkondensator.- 1.9.2.3 Kapazität der Doppelleitung.- 1.9.2.4 Kapazität der Einfachleitung gegen Erde, Spiegelungsmethode.- 1.9.3 Bauarten von Kondensatoren.- 1.10 Energieinhalt des elektrostatischen Felds.- 1.10.1 Energieinhalt des Kondensators Wc.- 1.10.2 Elektrische Feldenergie We.- 1.10.3 Kraft und Energie.- 1.10.4 Kräfte auf Grenzflächen.- 1.10.4.1 Reihengeschichtetes Dielektrikum.- 1.10.4.2 Parallelgeschichtetes Dielektrikum.- 1.11 Zusammenfassung der Gesetze der Elektrostatik.- 2 Elektrodynamik.- 2.1 Leitungsmechanismen in Materie.- 2.1.1 Nichtleiter, Leiter, Halbleiter.- 2.1.2 Klassische Elektronenbahn um den Atomkern.- 2.1.3 Schalen und Orbitale der Atomhülle.- 2.1.4 Die äußere Atomschale und das Bändermodell.- 2.1.5 Halbleitung.- 2.1.6 Ionenleitung in Flüssigkeiten.- 2.1.7 Ladungsträgerdichten.- 2.2 Feldstärkeassoziierte Größen.- 2.2.1 Größenordnung von Spannungen.- 2.2.2 Spannungserzeugung.- 2.3 Stromassoziierte Größenarten.- 2.3.1 Stromstärke I und Ladung Q.- 2.3.2 Stromdichte S und Strombelag K.- 2.3.3 KlRCHHOFFsche Stromknotenregel.- 2.4 Raumladungsströmung im
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